一种煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层，在所述煤层(2)上方设置有含水层(3)，在所述含水层(3)中设置有含水层模拟系统，在所述模拟架(1)上设置有覆岩塌陷监测系统，所述覆岩塌陷监测系统包括直尺(402)和设置在所述模拟架上的水平激光仪(401)。本发明专利技术所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置具有实验精度高，实验稳定性和可靠性强，结构简单科学，成本低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置
本专利技术涉及煤矿及教育领域，特别是涉及一种煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置。
技术介绍
物理相似模拟已成为解决地下工程岩层控制问题的有效研究手段之一，以往的研究多以平面应力、应变模型和小型立体模型为主，但这无法解决模型边界效应、加载及测试等问题，导致实验结果与工程实际存在较大差异。采用三维可加载物理模拟实验较为理想，但建立此类模型存在一定困难。三维相似模拟中，对于含水层的研究相对较少，研究在三向力加载下，含水层中岩石的破裂，垮落以及含水层中水的流向和流量等问题都需要重点研究，同时三向力加载下，过于简单的含水层设计，稳定性和可靠性难以保证，因为太复杂，在三维相似模拟这种相对粗犷的实验中，总是容易出现堵管，含水层水管破坏导致全部功能失效等特点，过于复杂的含水层设计，模拟效果和精度又不能保证，同时，为了保证含水层系统的稳定和可靠，在实验过程中，铺料、抚料以及压实过程中都需要注意的事情，以及为此设计的新的结构和装置都是需要研究的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置。一种煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，包括模拟架和设置在其中的煤层和其他多个岩层，在所述煤层上方设置有含水层，在所述含水层中设置有含水层模拟系统，所述含水层模拟系统包括设置在前侧的第一进水管和后侧的第二进水管，所述第一进水管和所述第二进水管的一端封闭，另一端与智能控压水箱相连，在所述第一进水管上连接有多个第一喷水管，在所述第二进水管上连接有多个第二喷水管，所述第一喷水管和所述第二喷水管交错分布在所述第一进水管和所述第二进水管之间，在所述第一喷水管和所述第二喷水管的左右两侧分别设置有一排喷水孔；在所述模拟架上设置有覆岩塌陷监测系统，所述覆岩塌陷监测系统包括直尺和设置在所述模拟架上的水平激光仪，所述水平激光仪设置在所述模拟架的左侧，高度与最终铺设骨料的顶端高度相等。本专利技术所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其中，所述智能控压水箱的控压区间为0-4MPa，压力最大控制精度为0.1MPa；所述第一进水管和所述第二进水管的长度为5500mm，直径为15mm，所述第一喷水管和所述第二喷水管的长度为1500mm，直径为5mm，两侧均设置有15个直径为1mm的所述喷水孔，所述第一喷水管和所述第二喷水管的两端距离最近的所述喷水孔之间的间距为50mm，相邻的两个所述喷水孔之间的间距为100mm；所述第一喷水管的数量为9个，所述第二喷水管的数量为10个，相邻的所述第一喷水管和所述第二喷水管之间的距离为250mm。本专利技术所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置还包括自动抚平加压装置，其包括设置在模拟架上方的支撑杆，在所述支撑杆上活动连接有左右两个液压支柱，所述液压支柱能够沿所述支撑杆在左右方向上自由滑动，在右侧的所述液压支柱的下端连接有抚平装置，左侧的所述液压支柱的下端连接有压实板，所述抚平装置通过旋转轴固定在所述液压支柱的下端，所述抚平装置包括旋转杆和固定在其下端的抚平轮，所述抚平轮由多个弧形的钢制杆体构成，所述旋转轴包括从上至下依次连接的第一支柱卡槽、旋转电机和从动轴，所述旋转轴还包括传动杆，所述传动杆的上端设置在所述旋转电机的中部，下端设置在所述从动轴的底部；在所述模拟架的两侧分别设置有一个固定支柱，在所述固定支柱上设置有升降装置，所述支撑杆的两端分别固定在两个所述升降装置上。本专利技术所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其中，所述第一支柱卡槽固定在位于中间的所述液压支柱的下端，所述从动轴的下部和所述旋转杆的上部设置有相互配合的螺纹结构，所述弧形的钢制杆体的数量为4个，所述抚平轮能够顺时针和逆时针旋转；所述压实板为圆形，在所述压实板的上部设置有第二支柱卡槽，固定在位于两侧的所述液压支柱的下端；所述固定支柱与所述模拟架之间的距离为2000mm，所述第一支柱卡槽的内径为60mm，外径为80mm，高度为50mm，所述旋转电机的直径为80mm，高度为50mm，所述传动杆的直径为15mm，长度为150mm，所述从动轴的直径为50mm，高度为50mm；所述抚平轮旋转形成的圆的直径为1800mm，所述旋转杆为中空结构，长度为400-600mm，内径为50mm；所述第二支柱卡槽的内径为60mm，所述压实板的直径和厚度分别为1700mm和8mm，材质为铁。本专利技术所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其中，采用所述的自动抚平加压装置进行骨料铺设的方法，包括如下步骤：步骤一、根据模型要求和相似比，确定每一层需要铺设的骨料的模拟厚度，进而确定所述升降装置的高度和所述液压支柱长度之间的关系，保证所述抚平轮与所述模拟架顶部之间的距离为：模拟岩层厚度/k，k为压实度，为94％；步骤二、根据需求的模拟岩层厚度，确定每一分层的骨料量，按照20％的富余系数准备原材料；步骤三、架设模型，固定所述升降装置和右侧的所述液压支柱的高度，保证所述抚平轮和所述模拟架底板距离为：第一模拟分层的高度/k，倒入搅拌机搅拌好的所述第一模拟分层的骨料，启动抚平轮，使其顺时针旋转，并在所述模拟架内来回移动1个回合，保证骨料基本铺设平实，再逆时针旋转所述抚平轮，在所述模拟架内来回移动1个回合，保证多余骨料排除到整个所述模拟架的周围，人工清理一下；步骤四、升起右侧的所述液压支柱，左侧的所述液压支柱移到所述模拟架内，压实到所述第一模拟分层的骨料上，压实压力为2000KN，压完之后升起，往前移动800mm，继续压实，直到压到另一侧为止，升起所述液压支柱并移出所述模拟架以外；步骤五、倒入第二层模拟岩层的骨料，重复步骤三和步骤四中的铺设过程；步骤六、铺设完最后一层后，去掉两个所述液压支柱上的所述压实板和所述抚平装置，在所述模拟架上方铺设若干铁块，在其上方再铺设一块铁板，所述铁板的长度、宽度和厚度分别为5500mm、1900mm和10mm，两个所述液压支柱均匀压在所述铁板上，实现了上覆岩层的压力替换。本专利技术所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其中，在所述煤层的上方设置有3个包括裂隙的裂隙带，从下至上依次为第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，长和宽依次为4000×1300mm、3000×900mm和2000×600mm。本专利技术所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其中，所述裂隙采用裂隙预制装置制作而成，所述裂隙预制装置包括按压把手、底座和设置在二者之间的弹性夹层，所述按压把手为长方体，包括四个第一侧壁和顶板，所述底座为长方体，包括四个第二侧壁和底板，所述按压把手和所述底座之间通过多个弹性塑胶相连，且所述按压把手和所述底座之间具有一定的间隔，形成所述弹性夹层；所述裂隙预制装置包括多个裂隙制作部，所述裂隙制作部包括固定轴、助推刀片、裂隙刀片和滑道；所述固定轴位于所述按压把手的内部，两端分别固定在位于前侧和后侧的所述第一侧壁上，所述滑道为长条形的中空结构，固定在所述底座内，所述滑道为两个，分别设置在所述固定轴的左右两侧，所述助推刀片为两个，上端连接在所述固定轴上，每个所述助推刀片的下端均连接有一个裂隙刀片，所述裂隙刀片贯穿在所述滑道中；所述裂隙预制装置包括第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其特征在于：包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层，在所述煤层(2)上方设置有含水层(3)，在所述含水层(3)中设置有含水层模拟系统，所述含水层模拟系统包括设置在前侧的第一进水管(310)和后侧的第二进水管(311)，所述第一进水管(310)和所述第二进水管(311)的一端封闭，另一端与智能控压水箱(312)相连，在所述第一进水管(310)上连接有多个第一喷水管(313)，在所述第二进水管(311)上连接有多个第二喷水管(314)，所述第一喷水管(313)和所述第二喷水管(314)交错分布在所述第一进水管(310)和所述第二进水管(311)之间，在所述第一喷水管(313)和所述第二喷水管(314)的左右两侧分别设置有一排喷水孔；在所述模拟架(1)上设置有覆岩塌陷监测系统，所述覆岩塌陷监测系统包括直尺(402)和设置在所述模拟架上的水平激光仪(401)，所述水平激光仪(401)设置在所述模拟架(1)的左侧，高度与最终铺设骨料的顶端高度相等。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其特征在于：包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层，在所述煤层(2)上方设置有含水层(3)，在所述含水层(3)中设置有含水层模拟系统，所述含水层模拟系统包括设置在前侧的第一进水管(310)和后侧的第二进水管(311)，所述第一进水管(310)和所述第二进水管(311)的一端封闭，另一端与智能控压水箱(312)相连，在所述第一进水管(310)上连接有多个第一喷水管(313)，在所述第二进水管(311)上连接有多个第二喷水管(314)，所述第一喷水管(313)和所述第二喷水管(314)交错分布在所述第一进水管(310)和所述第二进水管(311)之间，在所述第一喷水管(313)和所述第二喷水管(314)的左右两侧分别设置有一排喷水孔；在所述模拟架(1)上设置有覆岩塌陷监测系统，所述覆岩塌陷监测系统包括直尺(402)和设置在所述模拟架上的水平激光仪(401)，所述水平激光仪(401)设置在所述模拟架(1)的左侧，高度与最终铺设骨料的顶端高度相等。2.根据权利要求1所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其特征在于：所述智能控压水箱(312)的控压区间为0-4MPa，压力最大控制精度为0.1MPa；所述第一进水管(310)和所述第二进水管(311)的长度为5500mm，直径为15mm，所述第一喷水管(313)和所述第二喷水管(314)的长度为1500mm，直径为5mm，两侧均设置有15个直径为1mm的所述喷水孔，所述第一喷水管(313)和所述第二喷水管(314)的两端距离最近的所述喷水孔之间的间距为50mm，相邻的两个所述喷水孔之间的间距为100mm；所述第一喷水管(313)的数量为9个，所述第二喷水管(314)的数量为10个，相邻的所述第一喷水管(313)和所述第二喷水管(314)之间的距离为250mm。3.根据权利要求2所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其特征在于：还包括自动抚平加压装置，其包括设置在模拟架(1)上方的支撑杆(502)，在所述支撑杆(502)上活动连接有左右两个液压支柱(503)，所述液压支柱(503)能够沿所述支撑杆(502)在左右方向上自由滑动，在右侧的所述液压支柱(503)的下端连接有抚平装置(504)，左侧的所述液压支柱(503)的下端连接有压实板(505)，所述抚平装置(504)通过旋转轴(506)固定在所述液压支柱(503)的下端，所述抚平装置(504)包括旋转杆(516)和固定在其下端的抚平轮(517)，所述抚平轮(517)由多个弧形的钢制杆体构成，所述旋转轴(506)包括从上至下依次连接的第一支柱卡槽(507)、旋转电机(508)和从动轴(509)，所述旋转轴(506)还包括传动杆(510)，所述传动杆(510)的上端设置在所述旋转电机(508)的中部，下端设置在所述从动轴(509)的底部；在所述模拟架(1)的两侧分别设置有一个固定支柱(511)，在所述固定支柱(511)上设置有升降装置(512)，所述支撑杆(502)的两端分别固定在两个所述升降装置(512)上。4.根据权利要求3所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其特征在于：所述第一支柱卡槽(507)固定在位于中间的所述液压支柱(503)的下端，所述从动轴(509)的下部和所述旋转杆(516)的上部设置有相互配合的螺纹结构，所述弧形的钢制杆体的数量为4个，所述抚平轮(517)能够顺时针和逆时针旋转；所述压实板(505)为圆形，在所述压实板(505)的上部设置有第二支柱卡槽(513)，固定在位于两侧的所述液压支柱(503)的下端；所述固定支柱(511)与所述模拟架(1)之间的距离为2000mm，所述第一支柱卡槽(507)的内径为60mm，外径为80mm，高度为50mm，所述旋转电机(508)的直径为80mm，高度为50mm，所述传动杆(510)的直径为15mm，长度为150mm，所述从动轴(509)的直径为50mm，高度为50mm；所述抚平轮(517)旋转形成的圆的直径为1800mm，所述旋转杆(516)为中空结构，长度为400-600mm，内径为50mm；所述第二支柱卡槽(513)的内径为60mm，所述压实板(505)的直径和厚度分别为1700mm和8mm，材质为铁。5.根据权利要求4所述的煤矿中对称分布的条状含水层教学模拟装置，其特征在于：采用所述的自动抚平加压装置进行骨料铺设的方法，包括如下步骤：步骤一、根据模型要求和相似比，确定每一层需要铺设的骨料的模拟厚度，进而确定所述升降装置(512)的高度和所述液压支柱(503)长度之间的关系，保证所述抚平轮(517)与所述模拟架(1)顶部之间的距离为：模拟岩层厚度/k，k为压实度，为94％；步骤二、根据需求的模拟岩层厚度，确定每一分层的骨料量，按照20％的富余系数准备原材料；步骤三、架设模型，固定所述升降装置(512)和右侧的所述液压支柱(503)的高度，保证所述抚平轮(517)和所述模拟架(1)底板距离为：第一模拟分层的高度/k，倒入搅拌机搅拌好的所述第一模拟分层的骨料，启动抚平轮(517)，使其顺时针旋转，并在所述模拟架(1)内来回移动1个回合，保证骨料基本铺设平实，再逆时针旋转所述抚平轮(517)，在所述模拟架(1)内来回移动1个回合，保证多余骨料排除到整个所述模拟架(1)的周围，人工清理一下；步骤四、升起右侧的所述液压支柱(503)，左侧的所述液压支柱(503)移到所述模拟架(1)内，压实到所述第一模拟分层的骨料上，压实压力为2000KN，压完之后升起，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘柳平，
申请(专利权)人：刘柳平，
类型：发明
国别省市：安徽,34